盧雅莉，吳楊熙，陳紅躍

(1.廣東省林業(yè)調查規(guī)劃院，廣東 廣州 510520；2.廣東水利電力職業(yè)技術學院，廣東 廣州 510635；3.華南農(nóng)業(yè)大學林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642)

木麻黃Casuarina equisetifolia是高大喬木樹種，天然分布于澳大利亞、東南亞和太平洋群島地區(qū)[1]，是我國熱帶和亞熱帶地區(qū)重要的生態(tài)和用材等多用途樹種，對防臺風、沿海沙丘固定和貧瘠干旱的沿海沙地生態(tài)系統(tǒng)恢復有不可替代的作用[2]。當前，木麻黃人工林面臨著種質資源貧乏、品種單一、衰老低效林分增多、病蟲害嚴重、更新改造困難等嚴重問題[3]。華南和東南沿?，F(xiàn)有90%以上木麻黃防護林使用無性系造林，長期使用單一的無性系導致木麻黃防護林的保存率、抗性等顯著下降，嚴重影響沿海防護林的生態(tài)和經(jīng)濟效益[4]。

木麻黃具有耐旱、抗貧瘠、抗鹽堿等特性[5]，而水分是影響沙地木麻黃生長發(fā)育的主要因子之一[6]。干旱條件下，植物體內會產(chǎn)生一系列生理和生化變化來適應干旱脅迫生境。丙二醛(Malondialdehyde，MDA)含量、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)活性、脯氨酸含量是研究植物抗逆性的常用指標[7—8]。本研究利用聚乙二醇(PEG-6000)人工模擬干旱條件，測定木麻黃15個家系的幼苗在干旱脅迫下生理指標的變化，通過主成分分析法對各家系的抗旱性進行綜合評價，探討木麻黃的耐干旱機理，并從中篩選出耐旱性強的優(yōu)良家系，為木麻黃防護林家系的選擇提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地設在華南農(nóng)業(yè)大學林學與風景園林學院教學苗圃內，試驗用苗為廣東省林業(yè)科學研究院提供的2 月齡木麻黃營養(yǎng)袋實生苗，共15 個家系，分別是59、601、701、A13、東山2、東山短、惠2、抗1、抗3、龍4、南山7、平5、莆20、千頭、粵雜交。實生苗平均地徑2.1 cm，平均苗高45.1 cm。2008 年8～10 月，采用長60 cm、寬37 cm、深17 cm 的塑料盆作水培器材，在塑料泡沫板打孔后置于盆表面，將幼苗插于盆內營養(yǎng)液中。營養(yǎng)液選用霍蘭格營養(yǎng)液配方。

1.2 方法

1.2.1干旱脅迫處理在新鮮營養(yǎng)液內加入PEG-6000 配制成不同濃度的脅迫溶液：輕度脅迫(50 g·L-1PEG)、中度脅迫(100 g·L-1PEG)、重度脅迫(150 g·L-1PEG)。將苗根部浸入脅迫溶液進行干旱脅迫處理，以不加PEG-6000 霍蘭格營養(yǎng)液的幼苗作為對照。各個脅迫強度持續(xù)處理時間為6 d，然后采集葉片，測定各項生理指標。

1.2.2幼苗培養(yǎng)與取樣選取形態(tài)長勢基本一致的幼苗，剝落營養(yǎng)袋泥土并洗凈根部，插入打好孔的泡沫板中，置于盛有營養(yǎng)液的塑料盆上，每孔一株苗，植株用海綿固定。水培苗在營養(yǎng)液中恢復2 d，再移入用營養(yǎng)液配制的具有不同滲透勢的PEG-6000 溶液中進行干旱脅迫處理。各處理均在室溫下進行，室內溫度28 ℃，相對濕度75%～85%，處理期間每天通氣1 次。幼苗處理6 d 后，選擇生長良好，大小均一的葉片為供試材料。不同幼苗的樣品均在上午8:30 采集，每個指標用4 株幼苗采樣，取每棵幼苗第3 位至第8 位功能葉(完全舒展且成熟的葉)，用自來水沖洗葉片表面污物，再用蒸餾水沖洗2～3次，吸水紙吸干表面水分。混合采集葉片后測定生理指標。

1.2.3生理指標測定參照陳建勛等[9]的方法，MDA 含量用硫代巴比妥酸(TBA)比色法測定，SOD 活性用氯化硝基四氮唑藍(NBT)光化還原法測定，脯氨酸含量用茚三酮法測定。每指標3 次重復。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用Microsoft Excel 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用SAS8.1 軟件系統(tǒng)進行多重比較和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同干旱脅迫強度對葉片MDA 含量的影響

經(jīng)干旱脅迫處理后，相同脅迫水平下，各家系間葉片MDA 含量存在一定差異(表1)?？傮w上各家系葉片MDA 含量隨脅迫強度增大而上升，但各家系增幅差異明顯，其中東山短和龍4 重度脅迫后的增幅分別達到827.44%和595.39%，而701 只有71.06%。輕度和中度脅迫后，多數(shù)家系葉片MDA 含量明顯增加，而家系601 的變化趨勢表現(xiàn)為先減少再升高。重度脅迫后，除701、抗3 增幅較小外，其余家系MDA 含量都大幅增加，其中家系601、東山短、龍4、平5 和千頭的增幅顯著。

2.2 不同干旱脅迫強度對葉片SOD 活性的影響

相同干旱脅迫水平下，各家系SOD活性存在一定差異(表2)?？傮w上看，隨著PEG 濃度的增加，家系59、601、龍4、平5 的SOD 活性呈先下降后上升再下降趨勢，重度脅迫后SOD 活性比CK 分別下降4.9%、14.9%、9.1%、20%；東山2、惠2、抗3 則呈上升趨勢，升幅不大；抗1、莆20、千頭、粵雜交則呈先上升再下降趨勢；南山7 則是呈先下降再上升趨勢；而701、A13、東山短呈小幅波動。對農(nóng)作物的相關研究表明，因植物種類不同或抗逆性強弱不同，其SOD 變化也有差異，多數(shù)植物在水分脅迫下SOD 活性下降，但有的植物表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢[10]，本研究也出現(xiàn)這一情況。

2.3 不同干旱脅迫強度對葉片脯氨酸含量的影響

不同家系木麻黃葉片脯氨酸含量存在一定差異(表3)?？傮w上看，隨著PEG濃度的增加，家系59、抗1、龍4、平5、千頭和粵雜交呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；家系601、東山短、南山7 和莆20呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢；家系701、A13、東山2、惠2 和抗3 呈現(xiàn)上升趨勢。其中，當重度脅迫時，粵雜交脯氨酸含量低于對照，降幅達59.88%，其余家系脯氨酸含量皆比對照高，其中，家系701、601 和東山短的增幅最大，分別為555.05%、435.32%和378.62%；家系59、抗3、南山7、平5、莆20、千頭的脯氨酸含量增幅都超過100%。

2.4 木麻黃15 個家系幼苗抗旱性評價

為了全面準確地利用各種指標對植物的抗逆性進行綜合評價，采用主成分分析法評價不同植物在不同環(huán)境脅迫下的抗逆性。主成分分析在保持原資料大部分信息的基礎上，將多個指標劃歸為少數(shù)幾個相互獨立的綜合指標，每個綜合指標代表一個分量，以累積貢獻率達0.85 以上為條件，確定主成分個數(shù)[11]。分析表明，第1、2、3 主成分特征根的累積方差貢獻率已達99.89%，保留第1 個主成分足以代表原變量大部分信息(表4)。

表1 干旱脅迫下不同家系葉片MDA 含量(μmol·g-1 FW)Table 1 MDA content of leaves of different families under drought stress

表2 干旱脅迫下不同家系葉片SOD 活性(U·g-1 FW)Table 2 SOD activity of leaves of different families under drought stress

表3 干旱脅迫下不同家系葉片脯氨酸含量(μmol·g-1 FW)Table 3 Proline content of leaves of different families under drought stress

第一主成分葉片MDA 含量系數(shù)最大(表5)，說明葉片MDA 含量是反映水分脅迫的最重要指標，其次為SOD 活性和脯氨酸含量。

輕度脅迫時，惠2、南山7、莆20 的 MDA 含量增幅較大為第三類，抗旱性中等；東山短、抗3、龍4、東山2、平5、A13、59、粵雜交增幅中等為第二類，抗旱性較好；701、抗1、千頭、601 增幅較小，為第一類，抗旱性最好。中度脅迫時，惠2、粵雜交、抗3、莆20、南山7 MDA 含量增幅較大為第三類，抗旱性中等；龍4、601、東山2、東山短、平5 增幅中等，為第二類，抗旱性較好；A13、59、701、抗1、千頭增幅較小為第一類，抗旱性最好。重度脅迫時，龍4 的MDA 含量增幅最大，抗1、粵雜交、平5、增幅較大為第三類，抗旱性較差；東山短、惠2、莆20、千頭、南山7、601、抗3、東山2 增幅中等第二類，抗旱性中等；A13、701、59 增幅最小為第一類，抗旱性最好。

綜上所述，701、莆20、抗3、惠2、南山7 和東山2 隨著脅迫水平的增加，MDA 含量增幅較小，抗旱性較好。601、A13、東山短在輕度和中度脅迫時，MDA 含量增幅較小，在重度脅迫時增幅較大，抗旱性較差。千頭、粵雜交、抗1、龍4 和平5 在重度脅迫時MDA 含量較大，抗旱性較差。

表4 水分脅迫處理后主成分的貢獻率Table 4 Contribution rate of principal components after water stress treatment

表5 水分脅迫處理后各因子的負荷量Table 5 The load of each factor after water stress treatment

3 討論

丙二醛是植物脂質過氧化的產(chǎn)物，其含量表示脂膜過氧化的程度和植物對逆境條件反應的強弱[12]。在干旱脅迫下，植物MDA含量增幅越小，抗旱性越強，反之抗旱性越弱[13]。本研究表明，干旱脅迫處理后，各家系木麻黃幼苗葉片MDA含量上升，表明干旱脅迫使脂質過氧化水平加重，細胞膜系統(tǒng)結構在一定程度上遭到破壞，干旱脅迫程度與MDA增加程度具一定相關性。不同家系MDA含量升高的幅度不同，說明其抗旱性存在差異。701、抗3的MDA含量增幅較小，反映其膜系統(tǒng)從適應到破壞的過程，與保護酶系統(tǒng)的作用有關。其余家系的增幅較大，表明組織的保護能力弱，細胞膜受到明顯的傷害，抗旱性較弱。

植物的抗旱性與其體內保護酶系統(tǒng)對活性氧的清除能力直接相關[8]。水分脅迫下，抗旱品種或種類具有較高的SOD 活性[14]。一般在干旱脅迫誘導下，植物葉片SOD 酶活性提高，增強抗氧化能力，減少脂質過氧化，穩(wěn)定膜的透性[15]。重度脅迫處理葉片SOD 活性與對照相比的增幅可以作為種源間抗旱性比較的依據(jù)。本研究中，抗旱性強的有東山2、惠2、抗3、南山7，抗旱性較強的有701、A13、東山短，其余家系抗旱性較差。

脯氨酸是重要的滲透調節(jié)物質，可以作為氧化還原的活化劑，消除植物體內氨積累所造成的毒害，增強植物對干旱的適應能力[16]。葉片脯氨酸含量增加，可提高細胞溶質含量，有助于細胞組織的持水，提高其滲透調節(jié)能力，對干旱脅迫起到緩沖保護作用[17]。本研究中，重度脅迫時粵雜交脯氨酸含量比對照低，說明此時達到了耐受極限，脯氨酸含量顯著下降；抗1、龍4、平5 和千頭在重度脅迫時脯氨酸含量比中度脅迫處理低，說明干旱脅迫較嚴重時，滲透調節(jié)能力有所減弱或喪失；其余家系脯氨酸含量雖然有波動但總體呈升高趨勢，可能是脅迫水平還不夠，或是對水分脅迫的適應性較強，具體原因有待進一步研究。

植物對水分脅迫的適應性反應是復雜的生理生態(tài)學問題[18]，對MDA含量、SOD活性和脯氨酸含量三個指標的討論都只是從各個側面反映種源的抗旱性。單一的抗旱性指標難以充分反映植物對干旱適應的綜合能力，采用多項指標的綜合評價能更準確地反映植物的抗旱水平[19]。本研究運用主成分分析對15個木麻黃家系的3個生理指標進行綜合評定，從而較為全面準確地評價各家系耐旱性的強弱。主成分中各因子的負荷量大小說明，干旱脅迫下抗旱性強的樹種可維持較高的組織含水量，水分虧缺少，細胞膜傷害率低，對活性氧的清除能力強[20]。MDA含量可作為木麻黃抗旱性評價的有效指標。從主成分分析結果來看，15個木麻黃家系中，701、莆20、抗3、惠2、南山7和東山2抗旱性較好；東山短、601、59、A13抗旱性中等；千頭、粵雜交、抗1、龍4和平5抗旱性較差。

PEG-6000是一種較為理想的滲透調節(jié)劑，其誘導水分逆境所得效果與將土壤逐步干旱是一樣的，可用于模擬土壤干旱來研究植物對水分虧缺的反應[21]。目前，聚乙二醇溶液已廣泛應用于各種植物的抗旱性鑒定[22]。但不同植物抗旱機制不同，同一植物在不同生長期或不同生境條件下，抗旱能力和方式也不盡相同[19]。本研究模擬水分脅迫條件，與野外生長環(huán)境存在差異，所得結論有待在實際栽培中進一步驗證。本研究用苗為2月齡苗，木麻黃幼苗的抗旱性與成年植株抗旱性差異程度也有待研究。